本發(fā)明涉及一種航空用鋁合金扁鑄錠及其制造方法。
背景技術(shù)：
該產(chǎn)品屬al-zn-mg-cu系的超硬鋁，具有很高的強度，良好的斷裂韌性、抗應(yīng)力腐蝕和抗剝落性，良好的淬火敏感性、抗壓應(yīng)力等優(yōu)點，其厚板被廣泛應(yīng)用于機翼上蒙皮部件。但該合金因化學(xué)成分、相組成復(fù)雜,在鑄造時表現(xiàn)出極大的裂紋傾向，熔鑄工藝參數(shù)范圍極為狹窄，鑄造過程中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋廢品，熔體純凈度控制較困難，探傷通過率也比較低，其鑄錠成品率僅為60％，所以通過對該合金成分和工藝參數(shù)的控制，從而降低扁鑄錠裂紋傾向性，解決鑄錠表面裂紋缺陷和提高熔體純凈度，以提高鑄錠成品率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法制造的鋁合金扁鑄錠因表面裂紋缺陷和探傷通過率低而導(dǎo)致鑄錠成品率低的問題，提供了一種航空用鋁合金扁鑄錠錠及其制造方法。
本發(fā)明航空用鋁合金扁鑄錠是由按質(zhì)量百分比si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為1.9％～2.5％、mn＜0.10％、mg為2.0％～2.7％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為5.9％～6.9％、zr為0.08％～0.15％、ti＜0.06％和余量的高純鋁錠為熔煉原料制造而成。
本發(fā)明航空用鋁合金扁鑄錠的制造方法按下列步驟實現(xiàn)：
一、按質(zhì)量百分比si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為1.9％～2.5％、mn＜0.10％、mg為2.0％～2.7％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為5.9％～6.9％、zr為0.08％～0.15％、ti＜0.06％和余量的高純鋁錠的配比，稱取高純鋁錠、金屬cu、金屬mg、金屬zn和al-5zr中間合金作為熔煉原料；
二、將步驟一稱取的熔煉原料加入到電阻反射爐中進行熔化，熔煉原料的加入順序為：先加入高純鋁錠，再加入金屬cu和金屬zn，然后加al-5zr中間合金，待熔體溫度為700～720℃時再加入金屬mg，然后在720～760℃的條件下攪拌10～15min，取樣分析化學(xué)成分，合格后，覆蓋上熔劑后得到合金熔體；
三、將步驟二得到的合金熔體在720～760℃的溫度下導(dǎo)入電阻反射爐的靜置爐，通入氬氯混合氣體精煉15min后靜置10～30min，得到精煉后合金熔體，將精煉后合金熔體先流入在線除氣裝置，再流入過濾裝置，然后通過流盤在鑄造速度為55mm/min～60mm/min、鑄造溫度為700～715℃、鑄造冷卻水壓為0.01～0.05mpa和在線播種al-5ti-b絲的條件下的熔體注入結(jié)晶器中，進行半連續(xù)鑄造得到航空用鋁合金扁鑄錠；其中所述的高純鋁錠的純度為99.996％。
原料配比得到的航空用鋁合金扁鑄錠中，mg和zn的含量較高。zn為5.9％～6.9％，mg為2.0％～2.7％，zn/mg比接近3。zn、mg和cu對熱處理效果的影響是不同的。增加zn和mg的濃度能同時提高淬火和時效效應(yīng)，在合金中主要形成強化相mgzn2。mgzn2相在合金中的溶解度隨溫度的降低而急劇下降，具有很強的時效硬化能力。在固溶限范圍內(nèi)，提高zn、mg的含量可以大大提高強度，但會導(dǎo)致合金的韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能降低。在其溶解度范圍內(nèi)向含有zn和mg的合金中加入2％～3％的cu，能同時提高強度、相對延伸率、塑性、耐蝕性和重復(fù)加載抗力。在超高強鋁合金中保持較高的zn/mg比是得到良好性能的基礎(chǔ)，cu主要通過固溶方式強化合金性能。
一般在合金中添加0.08％～0.15％的zr。zr和al結(jié)合形成a13zr金屬間化合物，這種金屬間化合物有兩種結(jié)構(gòu)形態(tài)：從熔體中直接析出的a13zr為四方結(jié)構(gòu)，可顯著細(xì)化合金的鑄態(tài)晶粒；另一種是鑄錠均勻化過程中析出的球形粒子，與基體共格，具有強烈地抑制熱加工過程中再結(jié)晶的作用，微量zr可提高合金的強度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。此外，由于zr的淬火敏感性較小，zr還可以提高合金的淬透性和焊接性。加入少量ti、b，可以顯著細(xì)化合金晶粒，使合金的裂紋傾向性降低。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明針對不同合金的特性選擇不同的加入時機，解決了各元素充分合金化的問題；通入氬氯混合氣體精煉，可以有效減少熔體中的na、ca等堿金屬；熔體流入在線除氣裝置，可以有效除去熔體中的h2；流入過濾裝置，可以有效除渣；按照上述方法得到的鑄錠成品率有所提高，達到86％，解決了現(xiàn)有方法制備的鑄錠成品率低的問題。
具體實施方式
具體實施方式一：本實施方式航空用鋁合金扁鑄錠是由按質(zhì)量百分比si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為1.9％～2.5％、mn＜0.10％、mg為2.0％～2.7％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為5.9％～6.9％、zr為0.08％～0.15％、ti＜0.06％和余量的高純鋁錠為熔煉原料制造而成。
本實施方式原料配比得到的航空用鋁合金扁鑄錠中，mg和zn的含量較高。zn為5.9％～6.9％，mg為2.0％～2.7％，zn/mg比接近3。zn、mg和cu對熱處理效果的影響是不同的。增加zn和mg的濃度能同時提高淬火和時效效應(yīng)，在合金中主要形成強化相mgzn2。mgzn2相在合金中的溶解度隨溫度的降低而急劇下降，具有很強的時效硬化能力。在固溶限范圍內(nèi)，提高zn、mg的含量可以大大提高強度，但會導(dǎo)致合金的韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能降低。在其溶解度范圍內(nèi)向含有zn和mg的合金中加入2％～3％的cu，能同時提高強度、相對延伸率、塑性、耐蝕性和重復(fù)加載抗力。在超高強鋁合金中保持較高的zn/mg比是得到良好性能的基礎(chǔ)，cu主要通過固溶方式強化合金性能。
一般在合金中添加0.08％～0.15％的zr。zr和al結(jié)合形成a13zr金屬間化合物，這種金屬間化合物有兩種結(jié)構(gòu)形態(tài)：從熔體中直接析出的a13zr為四方結(jié)構(gòu)，可顯著細(xì)化合金的鑄態(tài)晶粒；另一種是鑄錠均勻化過程中析出的球形粒子，與基體共格，具有強烈地抑制熱加工過程中再結(jié)晶的作用，微量zr可提高合金的強度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能。此外，由于zr的淬火敏感性較小，zr還可以提高合金的淬透性和焊接性。加入少量ti、b，可以顯著細(xì)化合金晶粒，使合金的裂紋傾向性降低。
si、fe、mn、cr、ni均為雜質(zhì)元素，實際生產(chǎn)中其含量越低越好.
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是航空用鋁合金扁鑄錠是按質(zhì)量百分比為si＜0.12％、fe＜0.15％、cu：2.10％、mn＜0.10％、mg：2.4％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn：6.5％、zr：0.11％、ti＜0.06％和余量的高純鋁錠為熔煉原料制造而成；其中所述的高純鋁錠的純度為99.996％。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式航空用鋁合金扁鑄錠的制造方法按下列步驟實現(xiàn)：
一、按質(zhì)量百分比si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為1.9％～2.5％、mn＜0.10％、mg為2.0％～2.7％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為5.9％～6.9％、zr為0.08％～0.15％、ti＜0.06％和余量的高純鋁錠的配比，稱取高純鋁錠、金屬cu、金屬mg、金屬zn和al-5zr中間合金作為熔煉原料；
二、將步驟一稱取的熔煉原料加入到電阻反射爐中進行熔化，熔煉原料的加入順序為：先加入高純鋁錠，再加入金屬cu和金屬zn，然后加al-5zr中間合金，待熔體溫度為700～720℃時再加入金屬mg，然后在720～760℃的條件下攪拌10～15min，取樣分析化學(xué)成分，合格后，覆蓋上熔劑后得到合金熔體；
三、將步驟二得到的合金熔體在720～760℃的溫度下導(dǎo)入電阻反射爐的靜置爐，通入氬氯混合氣體精煉15min后靜置10～30min，得到精煉后合金熔體，將精煉后合金熔體先流入在線除氣裝置，再流入過濾裝置，然后通過流盤在鑄造速度為55mm/min～60mm/min、鑄造溫度為700～715℃、鑄造冷卻水壓為0.01～0.05mpa和在線播種al-5ti-b絲的條件下的熔體注入結(jié)晶器中，進行半連續(xù)鑄造得到航空用鋁合金扁鑄錠；其中所述的高純鋁錠的純度為99.996％。
本實施方式步驟二中所述的加入金屬cu和金屬zn的順序可按任意順序加入。
本實施方式針對不同合金的特性選擇不同的加入時機，解決了各元素充分合金化的問題；通入氬氯混合氣體精煉，可以有效減少熔體中的na、ca等堿金屬；熔體流入在線除氣裝置，可以有效除去熔體中的h2；流入過濾裝置，可以有效除渣；按照上述方法得到的鑄錠成品率有所提高，達到86％，解決了現(xiàn)有方法制備的鑄錠成品率低的問題。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式三不同的是步驟一按質(zhì)量百分比si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為2.10％、mn＜0.10％、mg為2.4％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為6.5％、zr為0.11％、ti＜0.06％和余量的高純鋁錠的配比，稱取高純鋁錠、金屬cu、金屬mg、金屬zn和al-5zr中間合金作為熔煉原料。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式二至三相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式三或四不同的是步驟一中al-5zr中間合金中zr含量為5％，其余為al，其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三或四相同。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式三至五之一不同的是步驟二是在730℃的條件下攪拌10min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至五之一相同。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式三至六之一不同的是步驟二的攪拌是從電阻反射爐的兩側(cè)爐門對流攪拌。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至六之一相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式三至七之一不同的是步驟二所述的熔劑是按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由7％的混合物、40％的kcl、45％的mgcl2和8％的bacl2組成，熔劑的加入量為5千克/噸熔體；其中的混合物是由nacl與cacl2按任意比組成的。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至七之一相同。
具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式三至八之一不同的是步驟三所述的氬氯混合氣體是由95％的氬氣和5％的氯氣組成。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至八之一相同。
具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式三至九之一不同的是步驟三通入氬氯混合氣體的速率為0.20～0.25m3/min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至九之一相同。
具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式三至十之一不同的是步驟三所述的在線除氣裝置中的氣體純度為99.99％的氬氣。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至十之一相同。
具體實施方式十二：本實施方式與具體實施方式三至十一之一不同的是步驟三在線播種al-5ti-b絲中ti含量為5％，b含量為1％，其余為al，播種速度為500mm/min。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至十一之一相同。
具體實施方式十三：本實施方式與具體實施方式三至十二之一不同的是步驟三所述的過濾裝置的第一過濾層的目數(shù)為30目，第二過濾層的目數(shù)為50目。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至十二之一相同。
具體實施方式十四：本實施方式與具體實施方式三至十三之一不同的是步驟三在鑄造速度為56mm/min，鑄造溫度為710℃，鑄造冷卻水壓為0.03mpa的條件下進行半連續(xù)鑄造。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至十三之一相同。
具體實施方式十五：本實施方式與具體實施方式三至十四之一不同的是步驟三所述的結(jié)晶器的形狀為520mm×1620mm的長方形。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至十四之一相同。
具體實施方式十六：本實施方式與具體實施方式三至十五之一不同的是步驟三得到航空用鋁合金扁鑄錠的尺寸為520mm×1620mm×3000mm～6000mm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式三至十五之一相同。
實施例一：本實施例航空用鋁合金扁鑄錠的制造方法按下列步驟實現(xiàn)：
一、按質(zhì)量百分比為si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為2.10％、mn＜0.10％、mg為2.4％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為6.5％、zr為0.11％、ti＜0.06％和余量的高純鋁，稱取高純鋁錠、金屬cu、金屬zn、金屬mg和al-5zr中間合金作為熔煉原料；
二、步驟一稱取的熔煉原料加入到電阻反射爐中進行熔化，熔煉原料的加入順序為：先加入高純鋁錠，再加入金屬cu和金屬zn，然后加al-5zr中間合金，待熔體溫度為720℃時再加入金屬mg，在720℃的條件下，從電阻反射爐的兩側(cè)爐門對流攪拌10min，取樣分析化學(xué)成分，化學(xué)成分合格后，覆蓋上熔劑后得到合金熔體；
三、將步驟二得到的合金熔體在720℃的溫度下導(dǎo)入電阻反射爐的靜置爐，通入氬氯混合氣體精煉15min后靜置30min，得到精煉后合金熔體，將精煉后合金熔體先流入在線除氣裝置，再流入過濾裝置，然后通過流盤在鑄造速度為55mm/min、鑄造溫度為710℃、鑄造冷卻水壓為0.03mpa和在線播種al-5ti-b絲的條件下的熔體注入結(jié)晶器中，進行半連續(xù)鑄造得到航空用鋁合金扁鑄錠。
本實施例一得到航空用鋁合金扁鑄錠的化學(xué)成分合格，表面無裂紋、夾渣等缺陷，成品率達到了87％。
實施例二：本實施例核反應(yīng)堆用鋁合金空心錠的制造方法按下列步驟實現(xiàn)：
一、按質(zhì)量百分比為si＜0.12％、fe＜0.15％、cu為2.05％、mn＜0.10％、mg為2.30％、cr＜0.04％、ni＜0.05％、zn為6.60％、zr為0.12％、ti＜0.06％和余量的高純鋁，稱取高純鋁錠、金屬cu、金屬zn、金屬mg和al-5zr中間合金作為熔煉原料；
二、步驟一稱取的熔煉原料加入到電阻反射爐中進行熔化，熔煉原料的加入順序為：先加入高純鋁錠，再加入金屬cu和金屬zn，然后加al-5zr中間合金，待熔體溫度為710℃時再加入金屬mg，在740℃的條件下，從電阻反射爐的兩側(cè)爐門對流攪拌15min，取樣分析化學(xué)成分，化學(xué)成分合格后，覆蓋上熔劑后得到合金熔體；
三、將步驟二得到的合金熔體在740℃的溫度下導(dǎo)入電阻反射爐的靜置爐，通入氬氯混合氣體精煉15min后靜置30min，得到精煉后合金熔體，將精煉后合金熔體先流入在線除氣裝置，再流入過濾裝置，然后通過流盤在鑄造速度為60mm/min、鑄造溫度為705℃、鑄造冷卻水壓為0.035mpa和在線播種al-5ti-b絲的條件下的熔體注入結(jié)晶器中，進行半連續(xù)鑄造得到航空用鋁合金扁鑄錠。
本實施例二得到航空用鋁合金扁鑄錠的化學(xué)成分合格，表面無裂紋、夾渣等缺陷，成品率達到了85.8％。
實施例一和二中步驟一中al-5zr中間合金中zr含量為5％，其余為al；步驟二所述的熔劑是按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由7％的混合物、40％的kcl、45％的mgcl2和8％的bacl2組成，熔劑的加入量為5千克/噸熔體；其中的混合物是由nacl與cacl2按任意比組成的。步驟三中所述的氬氯混合氣體是由95％的氬氣和5％的氯氣組成，通入氬氯混合氣體的速率為0.20～0.25m3/min；在線除氣裝置中的氣體純度為99.99％的氬氣；在線播種al-5ti-b絲中ti含量為5％，b含量為1％，其余為al，播種速度為500mm/min；過濾裝置的第一過濾層的目數(shù)為30目，第二過濾層的目數(shù)為50目；步驟三所述的結(jié)晶器的形狀為520mm×1620mm的長方形。實施例一和二得到航空用鋁合金扁鑄錠的尺寸為520mm×1620mm×3000mm～6000mm。